JPH04157327A - 半導体を用いたジャイロ装置 - Google Patents
半導体を用いたジャイロ装置Info
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- JPH04157327A JPH04157327A JP2279355A JP27935590A JPH04157327A JP H04157327 A JPH04157327 A JP H04157327A JP 2279355 A JP2279355 A JP 2279355A JP 27935590 A JP27935590 A JP 27935590A JP H04157327 A JPH04157327 A JP H04157327A
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- gas
- gyro device
- pump
- angular velocity
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/46—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ａ、産業上の利用分野
本発明は、半導体を用いたジャイロ装置に関し、特に、
固体素子である半導体の内部の電子の流れに作用するコ
リオリ力を電圧として検出するための新規な改良に関す
る。
固体素子である半導体の内部の電子の流れに作用するコ
リオリ力を電圧として検出するための新規な改良に関す
る。
ｂ、従来の技術
従来、用いられていた角速度検出手段としては、例えば
、第２図から第４図に示す特開平１−１６７６７１号公
報に開示されたガスレートセンサを挙げることができる
。
、第２図から第４図に示す特開平１−１６７６７１号公
報に開示されたガスレートセンサを挙げることができる
。
図において、符号１で示されるものは全体がほぼ円筒状
をなし、その両端が開放された形状からなるケーシング
であり、このケーシング１の各端部は、ポンプホルダ２
及び中継端子板３によって各々閉塞され、ケーシング１
内が外部から遮断されている。
をなし、その両端が開放された形状からなるケーシング
であり、このケーシング１の各端部は、ポンプホルダ２
及び中継端子板３によって各々閉塞され、ケーシング１
内が外部から遮断されている。
このポンプホルダ２には、電歪形のセラミック円板から
なる振動板４ａが設けられ、その周縁部がポンプホルダ
２に一体状に固着されることによって、電歪振動ポンプ
４（気体ポンプ）が形成されている。
なる振動板４ａが設けられ、その周縁部がポンプホルダ
２に一体状に固着されることによって、電歪振動ポンプ
４（気体ポンプ）が形成されている。
又、このケーシング１の内部には、この振動板４ａから
所定距離だけ離間した位置に電極ホルダ５が配置され、
この電極ホルダ５は第５図に示されるように構成されて
いる。
所定距離だけ離間した位置に電極ホルダ５が配置され、
この電極ホルダ５は第５図に示されるように構成されて
いる。
すなわち、電極ホルダ５には、４個のガス案内孔５ａ〜
５ｄが形成され、さらに、４個の電極６ａ〜６ｄが、中
心軸に対して対称的に配置されている。これらの電極６
ａ〜６ｄのうち、電極６ａ及び６ｂ間及び６ｃ及び６ｃ
間には、ホットワイヤ７ａ及び７ｂが溶着によって接続
されている。
５ｄが形成され、さらに、４個の電極６ａ〜６ｄが、中
心軸に対して対称的に配置されている。これらの電極６
ａ〜６ｄのうち、電極６ａ及び６ｂ間及び６ｃ及び６ｃ
間には、ホットワイヤ７ａ及び７ｂが溶着によって接続
されている。
さらに、前記ケーシング１内における前記中継端子板３
の近傍位置には、ノズル孔８及び補助孔９を有するノズ
ル板１０が設けられ、この中継端子板３とノズル板１０
との間には、それらのほぼ中間位置にダストプレート１
１が設けられている。
の近傍位置には、ノズル孔８及び補助孔９を有するノズ
ル板１０が設けられ、この中継端子板３とノズル板１０
との間には、それらのほぼ中間位置にダストプレート１
１が設けられている。
前記電歪振動ポンプ４（気体ポンプ）の振動板４ａと前
記ポンプホルダ２との間には、ポンプ室１２が形成され
ており、この電歪振動ポンプ４によって送り出されたガ
スは、ガス案内孔５ａ〜５ｄを経てガス流路１３に送ら
れる。
記ポンプホルダ２との間には、ポンプ室１２が形成され
ており、この電歪振動ポンプ４によって送り出されたガ
スは、ガス案内孔５ａ〜５ｄを経てガス流路１３に送ら
れる。
前記ケーシング１の中継端子板３の外方位置には、ＩＣ
からなる信号処理回路部１４が設けられ、この信号処理
回路部１４は、外部から電力を受け、又、ホラ）ヘワイ
ヤ７ａ及び７ｂの出力信号を外部へ取り出すための中継
端子板３の中継端子］５に接続されている。
からなる信号処理回路部１４が設けられ、この信号処理
回路部１４は、外部から電力を受け、又、ホラ）ヘワイ
ヤ７ａ及び７ｂの出力信号を外部へ取り出すための中継
端子板３の中継端子］５に接続されている。
又、前記中継端子板３には、リードビン１６が設けられ
、このリードビン１６は外部ケーシング１７に設けられ
た外部端子１８に接続されている。
、このリードビン１６は外部ケーシング１７に設けられ
た外部端子１８に接続されている。
前記外部端子１８は、前記電歪振動ポンプ４の作動に要
する電力及び前記ホットワイヤ７ａ及び７ｂを加熱する
ために要する電力を、信号処理回路部１４及びリードビ
ン１６を経ると共に、ケーシング１内の軸方向に配設さ
れた複数のリード線１９を介して、適宜供給する作用を
有している。
する電力及び前記ホットワイヤ７ａ及び７ｂを加熱する
ために要する電力を、信号処理回路部１４及びリードビ
ン１６を経ると共に、ケーシング１内の軸方向に配設さ
れた複数のリード線１９を介して、適宜供給する作用を
有している。
又、この外部端子１８は、信号処理回路部１４を経た後
のホットワイヤ７ａ及び７ｂの出力信号を外部に出力す
る作用を有する。
のホットワイヤ７ａ及び７ｂの出力信号を外部に出力す
る作用を有する。
従来のガスレートセンサは、前述したように構成されて
おり、以下に、その動作について説明する。
おり、以下に、その動作について説明する。
まず、電歪振動ポンプ４（気体ポンプ）が通電されると
、振動板４ａが振動し、ポンプ室１２内のガスが圧縮さ
れ、この圧縮ガスはこの振動板４ａの吐出口４ｂ及び電
極ホルダ５の吐出口５ｅを介して流路１３に流れ、ノズ
ル板１０とダストプレート１１との間に形成された空間
に導かれ、ノズル孔８と補助口９とを経て、ケーシング
１内の中空円筒部１ａ内の空間部１ｂ内を、各電極６ａ
〜６ｄに向かって噴出される。
、振動板４ａが振動し、ポンプ室１２内のガスが圧縮さ
れ、この圧縮ガスはこの振動板４ａの吐出口４ｂ及び電
極ホルダ５の吐出口５ｅを介して流路１３に流れ、ノズ
ル板１０とダストプレート１１との間に形成された空間
に導かれ、ノズル孔８と補助口９とを経て、ケーシング
１内の中空円筒部１ａ内の空間部１ｂ内を、各電極６ａ
〜６ｄに向かって噴出される。
前述の圧縮ガスは、各電極６ａ〜６ｄに溶接された各ホ
ットワイヤ７ａ及び７ｂを均等に冷却した後、ガス案内
孔５ａ〜５ｄを経て振動板４ａに向かって排出され、こ
の排出ガスは再び電歪振動ポンプ４（気体ポンプ）の作
用によって、流路１３を経てノズル板１０に戻り、ケー
シング１内を矢印の方向に従って循環している。
ットワイヤ７ａ及び７ｂを均等に冷却した後、ガス案内
孔５ａ〜５ｄを経て振動板４ａに向かって排出され、こ
の排出ガスは再び電歪振動ポンプ４（気体ポンプ）の作
用によって、流路１３を経てノズル板１０に戻り、ケー
シング１内を矢印の方向に従って循環している。
前述の状態で、ケーシング１に角速度が印加されない場
合には、各ホットワイヤ７ａ及び７ｂは均一に冷却され
るが、外部から角速度が加えられた場合には、ガス流が
ケーシング１内において偏位し、各ホットワイヤ７ａ及
び７ｂの闇において不均一状態が生じ、そのために各ホ
ットワイヤ７ａ及び７ｂ間には、微少な電圧差が発生し
、この電圧差を測定することにより、ケーシング１に加
わる角速度を検出することができる。
合には、各ホットワイヤ７ａ及び７ｂは均一に冷却され
るが、外部から角速度が加えられた場合には、ガス流が
ケーシング１内において偏位し、各ホットワイヤ７ａ及
び７ｂの闇において不均一状態が生じ、そのために各ホ
ットワイヤ７ａ及び７ｂ間には、微少な電圧差が発生し
、この電圧差を測定することにより、ケーシング１に加
わる角速度を検出することができる。
Ｃ１発明が解決しようとする課題
従来のガスレートセンサは、以上のように構成されてい
たため、次のような種々の問題点を有していた。
たため、次のような種々の問題点を有していた。
すなわち、角速度の検出手段として、加熱された一対の
ホットワイヤからなる感温素子を用いていたため、使用
初期の通電後、各ホットワイヤからの出力信号が安定す
る迄には、相当の時間を要し、通電後、直ちに使用した
い場合には、使用不可能となっていた。
ホットワイヤからなる感温素子を用いていたため、使用
初期の通電後、各ホットワイヤからの出力信号が安定す
る迄には、相当の時間を要し、通電後、直ちに使用した
い場合には、使用不可能となっていた。
また、その全体計上が大きく且つ構造が複雑であるため
、コストアップであると共に、小形化を達成することは
不可能であった。
、コストアップであると共に、小形化を達成することは
不可能であった。
さらに、気体ポンプを用いてガスを内部循環させるため
に、この気体ポンプの作動不良が発生した場合には、機
能停止となっていた。
に、この気体ポンプの作動不良が発生した場合には、機
能停止となっていた。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、固体素子である半導体の内部の電子の流
れに作用するコリオリ力を電圧として検出するようにし
た半導体を用いたジャイロ装置を提供することを目的と
する。
もので、特に、固体素子である半導体の内部の電子の流
れに作用するコリオリ力を電圧として検出するようにし
た半導体を用いたジャイロ装置を提供することを目的と
する。
８０課題を解決するための手段
本発明による半導体を用いたジャイロ装置は、固体素子
よりなる半導体に電流を印加するための電流印加手段と
、前記半導体に接続された電圧検出手段とを備えた構成
である。
よりなる半導体に電流を印加するための電流印加手段と
、前記半導体に接続された電圧検出手段とを備えた構成
である。
さらに詳細には、前記半導体は、ホール素子よりなる構
成である。
成である。
ｅ、作用
本発明による半導体を用いたジャイロ装置において、こ
の半導体に角速度が加わった場合、前記半導体内部の電
子の流れに作用するコリオリカが働き、その結果、Ｆ＝
−２ｍψ×ω（但し、ψは電子速度、ωは角速度、ｍは
電子の質量）の起電力が発生し、この起電力を電圧検出
手段で検出することができる。
の半導体に角速度が加わった場合、前記半導体内部の電
子の流れに作用するコリオリカが働き、その結果、Ｆ＝
−２ｍψ×ω（但し、ψは電子速度、ωは角速度、ｍは
電子の質量）の起電力が発生し、この起電力を電圧検出
手段で検出することができる。
ｆ、実施例
以下、図面と共に本発明による半導体を用いたジャイロ
装置の好適な実施例について説明する。
装置の好適な実施例について説明する。
第１図は、本発明による半導体を用いたジャイロ装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
第１図において符号２０で示されるものは、ホール素子
からなる半導体であり、この半導体２０の第１電極２１
および第２電極２２間には、所定の電流工を印加するた
めの電流印加手段２３が接続されている。
からなる半導体であり、この半導体２０の第１電極２１
および第２電極２２間には、所定の電流工を印加するた
めの電流印加手段２３が接続されている。
前記半導体２０の第３電極２４および第４電極２５間に
は、電圧を検出するための電圧検出手段２６がリード線
２７を介して接続されている。
は、電圧を検出するための電圧検出手段２６がリード線
２７を介して接続されている。
前記半導体２０を構成するホール素子は、第２図で示す
ように構成されており、第１図と同一部分には同一符号
を付して説明する。
ように構成されており、第１図と同一部分には同一符号
を付して説明する。
一般に、半導体２０に電流印加手段２３を介して電流１
．を流しておいて、電界と直角方向から磁場を加えると
、運動しているキャリアは電磁力を受けてその軌道が曲
げられ、電界および磁界の両方に垂直な方向に起電力が
発生する。
．を流しておいて、電界と直角方向から磁場を加えると
、運動しているキャリアは電磁力を受けてその軌道が曲
げられ、電界および磁界の両方に垂直な方向に起電力が
発生する。
このキャリアの受ける電磁力をローレンツ力と云い、こ
の効果をホール効果と云う。
の効果をホール効果と云う。
°第２図で示すように、厚さｔｃＴｌｌの半導体２０の
第１．第２電極２１．２２間に電流１．（Ａ）を流し、
これと垂直方向に磁界Ｂ −（Ｇａｕｓｓ）を加えると
、第３．第４電極２４．２５間には、起電力が発生する
。
第１．第２電極２１．２２間に電流１．（Ａ）を流し、
これと垂直方向に磁界Ｂ −（Ｇａｕｓｓ）を加えると
、第３．第４電極２４．２５間には、起電力が発生する
。
これは磁界Ｂ２によって第１．第２電力２１゜２２間に
流れているキャリアに、その進行を横へそらせようとす
る前記ローレンツ力が働くためである。
流れているキャリアに、その進行を横へそらせようとす
る前記ローレンツ力が働くためである。
このようにして第３．第４電極２４．２５間に発生する
起電力をホール電圧と云い、■。で表すと、 で与えられる。ここで比例定数のＲ，はホール係数と云
い、前記半導体２０がＮ形半導体の場合には、キャリア
密度をｎ（ａｍ−’）とれば３π ｌ Ｒ１１＝−一・−〔ｃ１１１′／クローン） −−−（
２）８ ｎｑ （Ｐ形半導体では符号が＋なる） となる。
起電力をホール電圧と云い、■。で表すと、 で与えられる。ここで比例定数のＲ，はホール係数と云
い、前記半導体２０がＮ形半導体の場合には、キャリア
密度をｎ（ａｍ−’）とれば３π ｌ Ｒ１１＝−一・−〔ｃ１１１′／クローン） −−−（
２）８ ｎｑ （Ｐ形半導体では符号が＋なる） となる。
従って、例えば、ｔ ＝ １ ｍｎ＋、幅ｌａｍの矩形
の比抵抗的２０Ω−ｃＩＩのＮ形ゲルマニウム（ｎ＝１
０”ｃ〔３）にＢ２＝ １０００Ｇａｕｓｓ 、Ｉ。＝
１ｍＡを流した場合、Ｖ、ｌ＝約Ｉ１１八となり、十分
に検出可能なホール起電力が得られる。
の比抵抗的２０Ω−ｃＩＩのＮ形ゲルマニウム（ｎ＝１
０”ｃ〔３）にＢ２＝ １０００Ｇａｕｓｓ 、Ｉ。＝
１ｍＡを流した場合、Ｖ、ｌ＝約Ｉ１１八となり、十分
に検出可能なホール起電力が得られる。
また、半導体２０としてのホール素子の感度、すなわち
、ホール電圧を大きくするには、Ｒ＋＋／ｌを大きくす
ればよく、ホール係数Ｒ，はキャリアの密度ｎに逆比例
しているのでキャリア密度の小さい材料が有利である。
、ホール電圧を大きくするには、Ｒ＋＋／ｌを大きくす
ればよく、ホール係数Ｒ，はキャリアの密度ｎに逆比例
しているのでキャリア密度の小さい材料が有利である。
尚、このホール素子の代表的な材料の定数を示すと、次
の第１表の通りである。
の第１表の通りである。
次に、前述のホール素子を用いた半導体２０を用いて実
際に角速度入力を検出する場合について説明する。
際に角速度入力を検出する場合について説明する。
第１図において第１．第２電ｆｆ１２１．２２間に−様
な電流工×を印加しておくと、電子の流れＡおよび等電
位線Ｂは、実線および点線で示すように表すことができ
、外部磁気Ｂが加えられた場合のホール効果は、 Ｆ＝Ｑψ×Ｂ ・・・・（３）但し、ψは電
子速度 Ｑは電荷 となる。
な電流工×を印加しておくと、電子の流れＡおよび等電
位線Ｂは、実線および点線で示すように表すことができ
、外部磁気Ｂが加えられた場合のホール効果は、 Ｆ＝Ｑψ×Ｂ ・・・・（３）但し、ψは電
子速度 Ｑは電荷 となる。
また、角速度が加えられて電子の流れにコリオリカが作
用した場合には、 Ｆ＝−２ｍψ×ω ・・・・（４）但し、ψは電
子速度 ωは角速度 ｍは電子の質量 となり、角速度が加えられた場合、前述の式（４）に基
づく電圧の発生を得ることができる。
用した場合には、 Ｆ＝−２ｍψ×ω ・・・・（４）但し、ψは電
子速度 ωは角速度 ｍは電子の質量 となり、角速度が加えられた場合、前述の式（４）に基
づく電圧の発生を得ることができる。
尚、本実施例に用いたホール素子は、３ｍｌ１１角の形
状を採用したが、このホール素子を多段状に積層して出
力電圧を合計するようにした場合は、より一層、高感度
のジャイロ装置を得ることができる。
状を採用したが、このホール素子を多段状に積層して出
力電圧を合計するようにした場合は、より一層、高感度
のジャイロ装置を得ることができる。
また、半導体２０としては、ホール素子に限らず、Ｐ型
半導体やＬＳＩ等を用いることもできる。
半導体やＬＳＩ等を用いることもできる。
ｇ３発明の効果
本考案による半導体を用いたジャイロ装置は、以上のよ
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。
すなわち、角速度の検出体がホール素子等の半導体であ
るため、従来のようなガス、機構部品等を用いた機械的
構成のものに比べると、構成が大幅に簡略化されると共
に、形状が大幅に小形化され、従来にない超小形のジャ
イロ装置を得ることができる。
るため、従来のようなガス、機構部品等を用いた機械的
構成のものに比べると、構成が大幅に簡略化されると共
に、形状が大幅に小形化され、従来にない超小形のジャ
イロ装置を得ることができる。
第１図および第２図は、本発明による半導体を用いたジ
ャイロ装置を示すもので、第１図は動作原理構成図、第
２図はホール素子の原理構成図、第３図から第５国道は
従来のガスレートセンサを示すもので、第３図は断面図
、第４図は第３図のＡ−Ａ線による電極ホルダの平面図
、第５図はブロック図である。 ２０は半導体、２３は電流印加手段、２６は電圧検出手
段である。 第１図 ２ 第２図
ャイロ装置を示すもので、第１図は動作原理構成図、第
２図はホール素子の原理構成図、第３図から第５国道は
従来のガスレートセンサを示すもので、第３図は断面図
、第４図は第３図のＡ−Ａ線による電極ホルダの平面図
、第５図はブロック図である。 ２０は半導体、２３は電流印加手段、２６は電圧検出手
段である。 第１図 ２ 第２図
Claims (2)
- （１）固体素子よりなる半導体（２０）に電流を印加す
るための電流印加手段（２３）と、前記半導体（２０）
に接続された電圧検出手段（２６）とを備え、前記半導
体（２０）に角速度が加わった場合、前記半導体（２０
）内部の電子の流れに作用するコリオリ力を前記電圧検
出手段（２６）により検出するようにしたことを特徴と
する半導体を用いたジャイロ装置。 - （２）前記半導体（２０）は、ホール素子からなること
を特徴とする請求項１記載の半導体を用いたジャイロ装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2279355A JPH04157327A (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 半導体を用いたジャイロ装置 |
| EP91307677A EP0481594A1 (en) | 1990-10-19 | 1991-08-21 | Gyro apparatus employing a semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2279355A JPH04157327A (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 半導体を用いたジャイロ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04157327A true JPH04157327A (ja) | 1992-05-29 |
Family
ID=17610020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2279355A Pending JPH04157327A (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 半導体を用いたジャイロ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0481594A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04157327A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4435809A1 (de) * | 1994-10-07 | 1996-04-11 | Krohne Messtechnik Kg | Meßgerät für strömende Medien |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3341801A1 (de) * | 1983-11-19 | 1985-05-30 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Verfahren zur drehbewegungsmessung |
-
1990
- 1990-10-19 JP JP2279355A patent/JPH04157327A/ja active Pending
-
1991
- 1991-08-21 EP EP91307677A patent/EP0481594A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4435809A1 (de) * | 1994-10-07 | 1996-04-11 | Krohne Messtechnik Kg | Meßgerät für strömende Medien |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0481594A1 (en) | 1992-04-22 |
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